УСТАНОВКА ДЛЯ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ ОТХОДОВ Российский патент 2003 года по МПК B01J8/18 A62D3/00 

Изобретение относится к устройствам для обезвреживания сжиганием органических отходов, преимущественно жидких, например экстракционных смесей, в кипящем слое и может быть использовано в химической, нефтехимической, атомной и других отраслях промышленности. В частности, предлагаемая установка может быть использована для переработки органических отходов, содержащих соединения одного из таких элементов, как фтор, хлор, фосфор.

Известен реактор для термообработки дисперсных материалов в кипящем слое катализатора (Боресков Г.К. Гетерогенный катализ. - М.: Наука. - 1988. - С. 294). Реактор содержит зону каталитического окисления топлива и зону термообработки дисперсного материала. Зоны в реакторе не разделены перегородками.

Недостатками данного реактора являются снижение активности катализатора вследствие забивания пор катализатора пылью дисперсного материала, а также отравление катализатора при попадании в слой катализатора фтор-, хлор- и фосфорсодержащих соединений.

Известно устройство для сжигания отходов, содержащих фосфор, в кипящем слое хемосорбента (патент США 4359005, F 23 G 7/00, опубл. 16.11.82). Устройство включает реактор, внешний источник топлива и средства для подачи топлива в реактор, средства для подачи воздуха в реактор для поддержания кипящего слоя и горения, внешний источник отходов и средства для подачи отходов, содержащих фосфор, в реактор, внешний источник и средства введения в реактор извести, известняка и/или гашеной извести, средства для нагрева и поддержания повышенной температуры кипящего слоя, преимущественно от 750 до 950^oС, а также пространства над кипящим слоем от 600 до 900^oС, а также циклон, установленный на выходе из реактора для улавливания твердых частиц. При работе установки кипящий слой внутри реактора состоит из извести, фосфорсодержащих отходов и инертного фосфата кальция. Для регулирования температуры внутри реактора могут использоваться теплообменнник, контролируемая подача топлива, отходов и воздуха, а также впрыск воды. К недостаткам известного устройства можно отнести сложность управления кипящим слоем из-за переменного размера частиц, кроме того, не обеспечивается полное сгорание топлива и отходов из-за небольшого времени контакта. В описании приводятся дополнительные средства для очистки отходящего газа (фильтры, адсорберы, скрубберы).

Известна установка с кипящим слоем для сжигания отходов, содержащих соединения хлора (патент США 5379705, F 23 G 5/00, опубл. 10.01.95), с подачей хемосорбента для связывания образующегося HCl. Установка включает:
- печь газификации с 1-м кипящим слоем, состоящим по крайней мере из оксида щелочного металла (СаО), средства для подачи воздуха в кипящий слой, средства для подачи хлорсодержащих отходов, средства для вывода несгоревших частиц отходов из 1-го кипящего слоя, таким образом, отходы газифицируются и образующийся HCl превращается в соль; и
- печь сжигания с кипящим слоем, соединенная в нижней части с названной печью газификации таким образом, что в нее поступают газы, образующиеся при газификации отходов, и имеющая 2-й кипящий слой для сжигания этих газов; названная соль выводится из печи газификации в печь сжигания под давлением газа; печь сжигания снабжена патрубком для загрузки карбоната щелочного металла (СаСО₃), образующего 2-й кипящий слой, средствами подачи воздуха во 2-й кипящий слой, а также средствами для вывода образующегося в результате сжигания оксида щелочного металла (СаО) и подачи его в 1-й кипящий слой печи газификации. Кроме того, печь сжигания может быть снабжена теплообменником, погруженным во 2-й кипящий слой. В верхней части печь сжигания снабжена средством для выхода отходящих газов.

Устройство, описанное в патенте США 5379705, является наиболее близким к заявляемому по технической сущности.

Недостатки известного устройства: сложность управления кипящим слоем печи газификации из-за малого размера частиц хемосорбента, а также генерация вторичных загрязнений, например, оксидов азота в отходящих газах из-за окисления атмосферного азота.

Задача, решаемая изобретением, - повышение эффективности обезвреживания органических отходов при отсутствии вторичных загрязнителей. Кроме того, заявляемая установка позволяет эффективно обезвреживать преимущественно жидкие отходы.

Сущность изобретения
Поставленная задача решается следующим образом. Предложена установка для обезвреживания органических отходов, в частности, содержащих соединения фтора, и/или хлора, и/или фосфора, сжиганием в кипящем слое. Установка включает два соединенных между собой реактора, каждый из которых оборудован средствами подачи воздуха, воздухораспределительной решеткой и частично заполнен слоем твердых частиц, причем выход 1-го реактора соединен со входом 2-го реактора, а также средства для подачи органических отходов и средства для введения хемосорбента по крайней мере в один из реакторов, а также средства для улавливания и рециркуляции твердых частиц.

1-й реактор дополнительно оборудован средствами подачи топлива и заполнен в качестве твердых частиц катализатором - он предназначен для каталитического сжигания топлива. 2-й реактор, предназначенный для обезвреживания органических отходов, оборудован средствами для подачи отходов и хемосорбента; он в качестве твердых частиц заполнен инертным материалом; реакторы сжигания топлива и обезвреживания органических отходов расположены несоосно.

Преимущественно, вход реактора обезвреживания органических отходов снабжен циклоном и бункером для сбора пыли катализатора; бункер для сбора пыли катализатора соединен с системой подачи пыли в реактор каталитического сжигания топлива.

Отличительные от прототипа признаки:
- использование в качестве твердых частиц, образующих кипящий слой в 1-м реакторе, катализатора;
- 1-й реактор дополнительно снабжен средствами для подачи топлива;
- использование в качестве твердых частиц, образующих кипящий слой во 2-м реакторе, инертного материала:
- 2-й реактор дополнительно снабжен средствами для подачи отходов;
- преимущественно 2-й реактор дополнительно оборудован на входе циклоном и бункером для сбора пыли катализатора;
- преимущественно 1-й реактор дополнительно оборудован системой подачи пыли катализатора;
- преимущественно бункер для сбора пыли катализатора соединен с системой подачи пыли катализатора в 1-й реактор.

Использование кипящего слоя катализатора позволяет существенно снизить температуру сжигания топлива и, соответственно, генерацию оксидов азота. Отдельное размещение зоны каталитического сжигания топлива и зоны обезвреживания отходов позволяет исключить попадание инертного материала, а также хемосорбента, при обезвреживании фтор-, хлор- и фосфорсодержащих веществ, в слой катализатора при остановках реактора.

Несоосное расположение реакторов позволяет исключить забивание решетки верхнего реактора частицами катализатора при резких колебаниях расхода газов.

Установка на входе реактора обезвреживания органических отходов циклона с бункером для сбора крупной пыли катализатора и соединение бункера с системой подачи пыли в реактор каталитического сжигания топлива позволяет организовать в нем циркуляцию крупной пыли катализатора.

Мелкая пыль катализатора используется для организации аэрозольного катализа в реакторе обезвреживания органических отходов. Сущность аэрозольного катализа заключается в применении каталитически активного вещества в мелкодисперсном состоянии (Пат. РФ 1715392, МКИ⁵ В 01 J 8/18. Способ осуществления химических процессов. Опубл. БИ 8, 1992).

Применением мелкодисперсного катализатора достигают увеличения скорости реакции обезвреживания органических отходов за счет исключения внутридиффузионных стадий катализа и равнодоступности поверхности. При аэрозольном катализе в реакторе имеется полидисперсная система с размерами активных частиц 8-400 нм (Гликин М.А., Кутакова Д.А., Принь Е.М., Фурсов Е.В. Аэрозольный катализ. Возможности, проблемы, решения // Химическая промышленность, 1999, 3, С. 149-155).

На чертеже изображена схема установки для обезвреживания органических отходов. Установка для обезвреживания органических отходов содержит каталитический реактор для сжигания топлива 1, сепаратор катализаторной пыли 2, циклон 3, реактор обезвреживания органических отходов 4, сепаратор пыли хемосорбента 5, системы подачи топлива 6, пыли катализатора 7, хемосорбента 8 и органических отходов 9.

Установка для обезвреживания органических отходов работает следующим образом. В нижнюю зону - каталитический реактор для сжигания топлива 1 - под решетку подается воздух для поддержания кипящего слоя катализатора, а над решеткой - топливо (керосин) и пыль катализатора. Продукты окисления топлива с температурой 650-700^oС из каталитического реактора 1 попадают в сепаратор катализаторной пыли 2, где происходит снижение скорости газов, и далее в циклон 3, а затем в реактор обезвреживания органического топлива 4.

В нижнюю часть реактора обезвреживания органического топлива 4, содержащего инертный материал, подают тонкоизмельченный хемосорбент (известняк), а в центральную - органические отходы, содержащие фтор-, хлор- и фосфорсодержащие вещества. При температуре 750-800^oС в кипящем слое инертного материала происходят окисление органических отходов и связывание гетероатомов.

Отходящие газы через сепаратор пыли хемосорбента 5 подают в циклон (не показан) для улавливания пыли отработанного хемосорбента и далее в систему тонкой очистки газов.

Для иллюстрации работы заявляемой установки приводим конкретный пример обезвреживания органических отходов.

Пример. На переработку поступает органический отход - смесь, содержащая 70% керосина и 30% трибутилфосфата. Главная задача - переработать эту смесь экологически безопасно.

После разделения смеси добавкой муравьиной кислоты были получены две фазы - керосин, подаваемый в каталитический реактор сжигания, и трибутилфосфат с примесью муравьиной кислоты, подаваемый в реактор обезвреживания органических отходов.

В каталитический реактор сжигания топлива был засыпан 1 л катализатора ИК-12-73 (медномагнийхромовый на алюмооксидном носителе в виде сферических гранул). Расход сжатого воздуха, подаваемого в нижнюю часть реактора, составлял 5000 л/час, расход керосина, подаваемого на сжигание, достигал 0.3 л/час. При температуре 650-700^oС в реакторе происходило полное окисление керосина. Продукты неполного окисления керосина отсутствовали. Износ катализатора составлял 0.5-1.0% в сутки.

В реактор обезвреживания органических отходов было засыпано 0.3 л инертного материала (дробленое кварцевое стекло). В реактор подавали 0.2 л/час обезвреживаемой смеси, расход хемосорбента (тонкоизмельченного известняка) составлял 250 г/час. Концентрация катализаторной пыли в реакторе обезвреживания органических отходов достигала 120-150 мг/м³.

При температуре 750-800^oС в кипящем слое инертного материала происходит полное окисление трибутилфосфата с примесью муравьиной кислоты и количественное связывание хемосорбентом образовавшегося оксида фосфора (V) в фосфат кальция. Отходящие газы поступали в систему тонкой очистки.

После очистки газы содержали загрязняющие вещества на уровне предельно допустимых концентраций.

Изобретение относится к устройствам для обезвреживания сжиганием органических отходов, например экстракционных смесей, в кипящем слое. Установка включает два соединенных между собой реактора, оборудованных средствами подачи воздуха, воздухораспределительными решетками и частично заполненные слоем твердых частиц, причем выход первого реактора соединен со входом второго реактора, а также средства для улавливания и рециркуляции твердых частиц. Первый реактор предназначен для каталитического сжигания топлива, он дополнительно оборудован средствами подачи топлива и заполнен в качестве твердых частиц катализатором. Второй реактор, предназначенный для обезвреживания органических отходов, оборудован средствами для подачи отходов и хемосорбента, он в качестве твердых частиц заполнен инертным материалом. Реакторы сжигания топлива и обезвреживания органических отходов расположены несоосно. Преимущественно вход реактора обезвреживания органических отходов снабжен циклоном и бункером для сбора пыли катализатора, бункер для сбора пыли катализатора соединен с системой подачи пыли в реактор каталитического сжигания топлива. Изобретение позволяет повысить эффективность обезвреживания органических отходов при отсутствии вторичных загрязнителей. 1 ил.

Установка для обезвреживания органических отходов сжиганием в кипящем слое, содержащая два соединенных между собой реактора, оборудованных средствами для подачи воздуха, воздухораспределительными решетками и частично заполненные слоем твердых частиц, расположенные несоосно, при этом выход первого реактора соединен со входом второго реактора, а также средства для подачи органических отходов и средства для введения хемосорбента, по крайней мере, в один из реакторов, а также средства для улавливания и рециркуляции твердых частиц, отличающаяся тем, что первый реактор сжигания топлива в качестве твердых частиц заполнен катализатором и оборудован средствами подачи топлива и воздуха, а также системой подачи пыли катализатора, второй реактор обезвреживания отходов в качестве твердых частиц заполнен инертным материалом и оборудован средствами подачи обезвреживаемых отходов и хемосорбента, при этом вход второго реактора снабжен циклоном и бункером для сбора пыли катализатора, причем бункер для сбора пыли катализатора соединен с системой подачи пыли в первый реактор.